빛을 이용한 치료는 수술적 처치 없이 세포 반응을 조절하고 조직 재생을 촉진할 수 있어 상처 치료, 피부 재생, 광역학 치료 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. 특히 광화학 조직 접합(photochemical tissue bonding, PTB)은 광감응제를 활성화해 콜라겐 가교를 유도함으로써 절개 부위를 봉합하고, 광생체조절(photobiomodulation, PBM)은 적색광을 통해 세포 증식과 염증 조절을 촉진한다. 그러나 기존 광치료 시스템은 LED, 레이저, 광섬유, 배터리와 같은 외부 광원과 전원 장치가 필요해 착용성이 떨어지고, 일상생활 중 지속적으로 치료하기 어렵다는 한계가 있었다.

본 연구에서는 실내등과 햇빛 같은 주변광을 흡수해 치료용 적색 발광으로 변환하는 발광입자 기반의 신축성 광패치를 개발하였다. 연구진은 CaSr(S, SO4):Eu, Tm 조성의 room light- and sunlight-activatable luminescent particles(RSLPs)를 합성하고, 이를 생체적합성 실리콘 탄성체인 Ecoflex에 균일하게 삽입하였다. 이 입자는 300–600 nm의 넓은 파장대 주변광으로 활성화되며, 약 640 nm의 적색광을 방출한다. 또한 일시적으로 빛이 차단되어도 afterglow 발광을 유지할 수 있어, 외부 전원 없이도 일상 환경에서 지속적인 광자극을 제공할 수 있다.

개발된 패치는 RSLP가 포함된 발광층, 피부와 직접 접촉을 줄이는 투명 Ecoflex 층, 그리고 도파민-히알루론산/철 이온(HA-DOPA/Fe) 기반 접착층으로 구성된다. 이러한 구조는 피부 굴곡에 밀착되면서도 움직임에 따른 변형을 견딜 수 있도록 설계되었다. 실제로 패치는 반복적인 인장과 접힘 조건에서도 안정적인 적색 발광을 유지했으며, 체표면 부착과 제거 과정에서도 우수한 접착성과 탈착성을 보였다. 이는 환자가 병원 밖 일상 환경에서도 편리하게 사용할 수 있는 착용형 광치료 플랫폼의 가능성을 보여준다.

기능적으로 이 패치는 두 가지 치료 기전을 동시에 구현한다. 먼저 chlorin e6(Ce6) 광감응제와 함께 사용하면 패치가 방출하는 적색광이 Ce6를 활성화해 콜라겐 가교를 유도하고, 절개 조직의 빠른 접합을 가능하게 한다. 동시에 패치의 적색광은 섬유아세포의 증식과 이동을 촉진하며, 대식세포의 M1/M2 극화를 조절해 염증 해소와 재생성 조직 리모델링을 돕는다. 세포 실험에서 패치 처리군은 대조군보다 섬유아세포 증식과 scratch closure가 뚜렷하게 증가했고, 장기간 배양에서도 높은 세포 생존율을 유지해 생체적합성을 확인하였다.

동물실험에서는 선형 절개창과 원형 절제창 모델을 이용해 치료 효과를 검증하였다. 선형 절개창에서는 Ce6와 패치를 이용한 단 1회의 12시간 처리만으로 봉합사보다 높은 초기 조직 접합 강도와 우수한 7일차 회복을 보였으며, 이는 PTB에 의한 즉각적인 조직 밀착과 PBM에 의한 재생 촉진이 함께 작용한 결과로 해석된다. 원형 절제창에서는 두 차례의 12시간 처리로 상처 면적이 빠르게 감소했고, 조직학적으로도 재상피화와 콜라겐 배열이 개선되었다. 또한 염증성 사이토카인 IL-1β는 감소하고 재생 관련 TGF-β는 증가해, 패치 기반 PBM이 상처 미세환경을 재생 친화적으로 전환함을 확인하였다.

나아가 정상 성인 얼굴 피부를 대상으로 한 예비 인체 적용 평가에서도 패치의 임상적 가능성이 확인되었다. 실내 조명 아래 9시간 착용 후 피부의 점탄성 회복이 개선되고 표재성 홍반이 감소했으며, 피부 표면 질감이나 색소 지표에는 유의한 악영향이 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 본 광패치가 수술 후 상처 관리, 피부과·성형외과 영역의 회복 촉진, 가정 기반 광치료 등으로 확장될 수 있음을 시사한다. 본 연구는 주변광을 치료 에너지로 전환하는 소재 설계와 착용형 패치 공학, 재생 생물학을 결합하여 외부 전원 없는 차세대 생체광학 치료 플랫폼을 제시했다는 점에서 의의가 있다.

• 형식Research article
• 게재일2026년 07월 (BRIC 등록일 2026-07-07)
• 연구진국내(교신)+국외 연구진
• 분야 바이오·의료융합 > 바이오소재